Titolazione chimica, teoria e sistemi di titolazione automatica

1 - Teoria della titolazione chimica

Definizione di titolazione chimica

La titolazione è una tecnica di misurazione quantitativa: la concentrazione di un analita in soluzione è determinata a seguito del completamento della reazione tra la sostanza da misurare e un reattivo. Questo reagente, denominato titolante, è aggiunto lentamente alla soluzione contenente la specie da misurare (analita). Mentre il titolante viene aggiunto, si verifica una reazione chimica tra il titolante e l’analita. Il punto in cui la reazione è completa e sono presenti quantità equivalenti di titolante e analita (in rapporto stechiometrico equivalente) è chiamato punto di equivalenza.

Glossario: analita, titolante, stechiometria

Ricapitoliamo e approfondiamo i terminiutilizzati.

Analita: Sostanza, la cui concentrazione deve essere determinata durante l'analisi

Titolante: Reagente a titolo noto, che viene aggiunto gradualmente alla soluzione, che reagisce con l'analita e consente di determinarne la concentrazione

Stechiometria: Parte della chimica che studia le relazioni numeriche fra elementi e composti, le proporzioni secondo le quali gli elementi si combinano, e le quantità di elementi o di composti che prendono parte a una reazione chimica o che si formano in essa.

Punto di equivalenza: Il punto di equivalenza, o punto stechiometrico, di una reazione chimica è il punto in cui la quantità di titolante aggiunta è esattamente quella richiesta dalla reazione stechiometrica dell'analita. Il punto di equivalenza costituisce il risultato ideale da ricercare in una titolazione. Ciò che effettivamente si misura è il punto finale attraverso un'improvvisa variazione di una proprietà fisico o chimica della soluzione.

Curva di titolazione: rappresentazione grafica della variazione di un parametro scelto per la soluzione in esame a seguito dell'aggiunta di un volume di soluzione titolante.

Vedi la definizione di titolazione (chimica) su Wikipedia

2 - Titolazione chimica: come effettuare l'analisi

La titolazione classica manuale prevede l’utilizzo di una buretta graduata in vetro caricata con il titolante ed un rubinetto per l’aggiunta goccia a goccia del reagente fino ad apprezzare un cambiamento di colore (viraggio) che indica la fine della reazione. Questo rende il calcolo finale molto soggettivo e dipendente dall’operatore. Solitamente il raggiungimento del punto di fine può essere determinato da un indicatore di colore aggiunto nella soluzione o da una variazione chimico fisica, quantificabile a sua volta, che avviene nella soluzione.

Un esempio di variazione è quella misurabile attraverso il pH o il potenziale redox del campione in esame. Un repentino cambiamento o il raggiungimento di un valore predefinito di pH segna la fine della titolazione, definito anche come endpoint (punto di fine titolazione).

La tecnica della titolazione chimica si basa quindi sulla determinazione della concentrazione di un analita a partire dal volume e concentrazione noti del titolante aggiunto.

Per avere garanzia di risultati sempre precisi, senza rischi di errori nella valutazione soggettiva del punto di fine, è oggi consiglibiale dotarsi di sistemi di titolazione automatica.

3 - Sistemi di titolazione automatici

Cosa serve per procedere con una titolazione automatica?

L'attrezzatura necessaria per effettuare una titolazione automatica prevede quindi:

• - un titolatore automatico completo di pompa con buretta motorizzata
• - titolante stabilizzato e standardizzato
• - una pipetta volumetrica per misurare con precisione il volume del campione da analizzare
• - un sensore (pH/ORP/ISE) per monitorare la reazione chimica
• - un meccanismo di agitazione (interna o esterna)

I titolatori Hanna sono già forniti di agitazione incorporata ma possono essere anche compatibili con un agitatore magnetico esterno. In alcuni casi è necessaria anche una bilancia analitica per pesare il campione.

Per un'ulteriore automazione del processo di titolazione, nel caso sia necessario titolare più campioni, ci si può dotare di un campionatare automatico.

4 - Tipologie di titolazione potenziometrica

Con un titolatore automatico potenziometrico Hanna è possibile eseguire una gran varietà di titolazioni:

Titolazione Acido-base

La titolazione acido base è tra le titolazioni più frequenti e prevede una reazione fra un acido e una base in un mezzo acquoso o non acquoso. È utilizzata ad esempio per la determinazione dell’alcalinità dell’acqua, dell’acidità del vino e di altri prodotti alimentari come succhi di frutta, latte e aceto.

Titolazione Redox (di ossido riduzione)

Si basa sulla reazione tra una specie ossidante e una riducente. Durante la titolazione lo ione ossidante (che può essere l’analita o il titolante) si riduce (ovvero acquista elettroni) mentre lo ione riducente si ossida perdendo uno o più elettroni. Trova applicazione ad esempio nel settore alimentare per la determinazione della solforosa libera e totale nel vino e la misura della vitamina C (acido ascorbico), nell’ambito chimico e nell'industria galvanica, ad esempio nella determinazione del ferro in soluzioni acide. 

Titolazione Complessometrica

Si utilizza per la determinazione di cationi come calcio, rame e zinco. Ovvero tutte quelle specie chimiche in grado di complessare molecole come EDTA (acido etilendiamminotetracetico) in funzione del pH della soluzione. Trova applicazione soprattutto nel settore dell’industria chimica e nel settore ambientale. Per questo tipo di titolazioni è necessario abbinare un elettrodo ione selettivo (ISE) specifico per la molecola d’interesse.

Titolazione di precipitazione

Si utilizzano per la titolazione di specie chimiche in grado di generare in soluzione la formazione di un precipitato (in alcuni casi torbido, in altri anche colorato). A mano a mano che il titolante è dosato, si verifica la formazione di un precipitato insolubile. Quando il titolante si complessa a tutto l’analita presente ed inizia ad essere aggiunto in eccesso si determina la formazione di un complesso ad indicare la fine della titolazione. Un esempio di titolazione di precipitazione è la determinazione dei cloruri nelle acque e negli alimenti o l’argento nei metalli preziosi. Anche per queste titolazioni, solitamente si abbina un elettrodo ione selettivo.  

Titolazione Argentometrica

Le titolazioni argentometriche sono una sottofamiglia delle titolazioni di precipitazione in quanto sfruttano la non solubilità dei sali di argento. Questi sali si formano quando come titolante si utilizza il nitrato d’argento. Una delle titolazioni più conosciute è quella della determinazione dei cloruri e del cloruro di sodio che utilizza un elettrodo ISE argento/solfuri.

Titolazione Non Acquosa

Si utilizza quando l’analita ha scarsa solubilità in acqua. È possibile titolare sostanze chimiche con caratteristiche di acidi o basi molto deboli, sono effettuate in solventi non acquosi abbinando degli elettrodi di pH specifici per solventi. Un esempio di titolazione non acquosa è la misura degli isocianati nelle plastiche.

Con i titolatori automatici Hanna è inoltre possibile effettuare misure dirette di pH, potenziale redox e misure dirette di ioni specifici mediante elettrodi ione selettivi (ISE).

Altre tipologie di titolazione

Altre tipologie di titolazioni sono quelle Karl Fischer per la misura del contenuto d’acqua in diversi campioni, soprattutto solventi non acquosi. Ovvero delle titolazioni il cui punto di fine è determinato per via amperometrica. Queste tipologie di titolatori includono:

• La titolazione coulometrica Karl Fischer (per campioni con un contenuto d’acqua fino a 5%)
• La titolazione volumetrica Karl Fischer (per campioni con contenuto d’acqua fino al 100%)

Cicca qui per approfondire la titolazione Karl Fischer